本发明涉及面料领域，具体涉及一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料及其制备方法。
背景技术：
：随着科技的发展以及社会的进步，人们对生活质量的要求也越来越高，纺织品从传统的遮体御寒功能延伸到美观、舒适、轻便等功能。随着人们消费理念的发展，各种智能化、功能性面料得到广泛关注与发展。近些年来，各种改性复合等新型保暖材料不断出现，如水洗棉、定型脱脂水洗棉、羽绒絮毡、毛织物、复合针刺、熔喷棉等保暖材料，同时也不断有新技术、新工艺、新设备的出现，对传统的保暖材料进行改进研究，扬长避短，提高技术含量，提高其综合性能。气凝胶因其独特的三维纳米级孔隙结构，极低的密度与导热系数，被认为是改变世界中最轻的材料，不仅可以作为气体过滤的原料，还可以制备做隔热保温材料。其中最为常见的气凝胶为二氧化硅气凝胶，但是由于构成二氧化硅气凝胶网络结构的骨架较细，且二氧化硅气凝胶次级粒子之间的作用力较弱，使其存在易吸水、韧性差等缺点，因此不能单独使用，多和其他材料(如玻璃纤维、粘胶纤维、树脂等)复合制备多功能气凝胶，此多功能材料具有气凝胶的优良特性，广泛应用于面料、医药、军工、航天、航海、高铁、造纸等领域。但是，二氧化硅气凝胶与粘胶纤维复合时，其制备的轻便保温面料具有韧性差，不耐水洗，经长时间重复水洗后尺寸稳定性较差等缺点，此外，复合面料还容易吸湿，缩水较为严重，进而导致制得的二氧化硅气凝胶复合材料的隔热、保温等性能差的现象发生。技术实现要素：为解决上述技术问题，本发明的第一个方面提供了一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料，至少包括表层的耐磨防护面料层、中间层的保温隔热层以及内层的贴身舒适面料层，所述耐磨防护面料层的材质为锦纶，所述保温隔热层的材质为二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料，所述贴身舒适面料层的材质为腈纶。作为本发明一种优选的技术方案，所述耐磨防护面料层与保温隔热层、保温隔热层与贴身舒适面料层之间通过粘合剂粘贴在一起。作为本发明一种优选的技术方案，所述粘合剂为有机硅树脂粘合剂。作为本发明一种优选的技术方案，所述粘胶纤维的切断长度为35～40mm，纤度为1.0～2.5旦。作为本发明一种优选的技术方案，所述粘胶纤维的切断长度为36.5～38.5mm，纤度为1.2～2.0旦。作为本发明一种优选的技术方案，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为硅烷偶联剂改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。作为本发明一种优选的技术方案，所述硅烷偶联剂为含有羧基的硅烷偶联剂。作为本发明一种优选的技术方案，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:(3～7):(6～10)的比例混合，向前驱体溶液加入0.05～0.25mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5之间，搅拌20～40min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解13～18h，再加入0.45～0.65mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化10～13h，溶剂交换1～2.5d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与硅烷偶联剂摩尔比为1:(2～8)的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。作为本发明一种优选的技术方案，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与硅烷偶联剂的质量比为1:(1～6)。本发明的第二个方面提供了轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料的制备方法包括以下步骤：(1)先将表层的耐磨防护面料层与中间层的保温隔热层通过粘合剂粘贴在一起，再将中间层的保温隔热层与内层的贴身舒适面料层通过粘合剂粘结在一起，得到面料1；(2)将上述面料1通过超声波缝绽机的波头，使布面在花辊上产生波振，形成压点均匀的布面，即得。有益效果：本发明提供了一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料及其制备方法，首先选用了特定尺寸的粘胶纤维与二氧化硅气凝胶进行复合，得到了轻便的保温面料；其次，通过含有羧基的硅烷偶联剂对二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料进行改性，不仅提高了二氧化硅气凝胶与粘胶纤维的结合力度，还改善了二氧化硅气凝胶的韧性和易吸水的性能，维护了其三维网络孔结构；另一方面，还改善了复合材料易缩水的现象，保证了复合材料经长时间水洗后的尺寸稳定性；此外，本发明选用特定尺寸的粘胶纤维和采用含羧基的硅烷偶联剂对复合材料进行改性等技术手段相结合，有效地提高了复合材料耐水洗还不缩水的性能，进一步保障了复合面料的轻便与保温效果。具体实施方式参选以下本发明的优选实施方法的详述以及包括的实施例可更容易地理解本发明的内容。除非另有限定，本文使用的所有技术以及科学术语具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的含义。当存在矛盾时，以本说明书中的定义为准。如本文所用术语“由…制备”与“包含”同义。本文中所用的术语“包含”、“包括”、“具有”、“含有”或其任何其它变形，意在覆盖非排它性的包括。例如，包含所列要素的组合物、步骤、方法、制品或装置不必仅限于那些要素，而是可以包括未明确列出的其它要素或此种组合物、步骤、方法、制品或装置所固有的要素。连接词“由…组成”排除任何未指出的要素、步骤或组分。如果用于权利要求中，此短语将使权利要求为封闭式，使其不包含除那些描述的材料以外的材料，但与其相关的常规杂质除外。当短语“由…组成”出现在权利要求主体的子句中而不是紧接在主题之后时，其仅限定在该子句中描述的要素；其它要素并不被排除在作为整体的所述权利要求之外。当量、浓度、或者其它值或参数以范围、优选范围、或一系列上限优选值和下限优选值限定的范围表示时，这应当被理解为具体公开了由任何范围上限或优选值与任何范围下限或优选值的任一配对所形成的所有范围，而不论该范围是否单独公开了。例如，当公开了范围“1至5”时，所描述的范围应被解释为包括范围“1至4”、“1至3”、“1至2”、“1至2和4至5”、“1至3和5”等。当数值范围在本文中被描述时，除非另外说明，否则该范围意图包括其端值和在该范围内的所有整数和分数。单数形式包括复数讨论对象，除非上下文中另外清楚地指明。“任选的”或者“任意一种”是指其后描述的事项或事件可以发生或不发生，而且该描述包括事件发生的情形和事件不发生的情形。说明书和权利要求书中的近似用语用来修饰数量，表示本发明并不限定于该具体数量，还包括与该数量接近的可接受的而不会导致相关基本功能的改变的修正的部分。相应的，用“大约”、“约”等修饰一个数值，意为本发明不限于该精确数值。在某些例子中，近似用语可能对应于测量数值的仪器的精度。在本申请说明书和权利要求书中，范围限定可以组合和/或互换，如果没有另外说明这些范围包括其间所含有的所有子范围。此外，本发明要素或组分前的不定冠词“一种”和“一个”对要素或组分的数量要求(即出现次数)无限制性。因此“一个”或“一种”应被解读为包括一个或至少一个，并且单数形式的要素或组分也包括复数形式，除非所述数量明显旨指单数形式。为了解决上述技术问题，本发明第一个方面提供了一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料，至少包括表层的耐磨防护面料层、中间层的保温隔热层以及内层的贴身舒适面料层，所述耐磨防护面料层的材质为锦纶，所述保温隔热层的材质为二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料，所述贴身舒适面料层的材质为腈纶。有机硅树脂本发明所述有机硅树脂(也称为聚硅氧烷)是一类由硅原子和氧原子交替连结组成骨架，不同的有机基团与硅原子连结的聚合物的统称；有机硅树脂结构中既含有“有机基团”，又含有“无机结构”，这种特殊的组成和分子结构使它集有机物特性与无机物功能于一身。在一种优选的实施方式中，本发明所述有机硅树脂选自聚烷基有机硅树脂、聚芳基有机硅树脂与聚烷基芳基有机硅树脂中的一种或多种。作为聚烷基有机硅树脂的实例，包括但不限于：聚甲基有机硅树脂和聚乙基有机硅树脂。在一种最优选的实施方式中，本发明所述有机硅树脂型号为bd-833，购买自杭州包尔得新材料科技有限公司。锦纶本发明所述锦纶又叫尼龙、耐纶，是聚酰胺纤维的商品名称，英文名称为polyamide(简称pa)，密度为1.15g/cm3，其基本组成物质是通过酰胺键—[nhco]—连接起来的脂肪族聚酰胺，产量大，应用广泛，其命名由合成单体具体的碳原子数而定。在一种优选的实施方式中，本发明所述锦纶选自锦纶6、锦纶66、锦纶11、锦纶610中的一种或多种。在一种最优选的实施方式中，本发明所述锦纶为锦纶66，购买自浙江恒亿达复合材料有限公司。腈纶本发明所述腈纶是聚丙烯腈在我国的商品名，国外则称为“奥纶”、“开司米纶”，美国杜邦公司称为orlon，是毛纺工业的重要原料，也是合成纤维的重要品种，它可与羊毛、涤纶、粘胶、棉花混纺制成多种精美织物以及人造毛皮和工业产品。在一种优选的实施方式中，本发明所述腈纶购买自潍坊丰达纺织有限公司。粘胶纤维本发明所述粘胶纤维是以“木”作为原材料，从天然木纤维素中提取并重塑纤维分子而得到的纤维素纤维；不仅具有光滑凉爽、透气、抗静电、防紫外线，色彩绚丽，染色牢度较好等特点，还具有棉的本质，丝的品质等特性；是地道的植物纤维，源于天然而优于天然；目前广泛运用于各类内衣、纺织、服装、无纺等领域。在一种优选的实施方式中，本发明所述粘胶纤维的切断长度为35～40mm，纤度为1.0～2.5旦。在一种更优选的实施方式中，本发明所述粘胶纤维的切断长度为36.5～38.5mm，纤度为1.2～2.0旦。在一种最优选的实施方式中，本发明所述粘胶纤维的切断长度为37.5mm，纤度为1.5旦，购买自中泰化学。二氧化硅气凝胶本发明所述二氧化硅气凝胶是纳米量级胶体粒子相互聚集形成纳米多孔三维网络结构，并在其孔隙中充满气体介质的一种纳米多孔非晶态材料。二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料本发明所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为硅烷偶联剂改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。在一种优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂为含有羧基的硅烷偶联剂。在一种更优选的实施方式中，本发明所述硅烷偶联剂为含有羧基的硅烷偶联剂。在一种最优选的实施方式中，本发明所述含有羧基的硅烷偶联剂为1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷(cas:3353-68-2)。在一种优选实施方式中，本发明所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:(3～7):(6～10)的比例混合，向前驱体溶液加入0.05～0.25mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5之间，搅拌20～40min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解13～18h，再加入0.45～0.65mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化10～13h，溶剂交换1～2.5d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与硅烷偶联剂摩尔比为1:(2～8)的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。在一种更优选实施方式中，本发明所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:(4～6):(7～9)的比例混合，向前驱体溶液加入0.1～0.2mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5之间，搅拌25～35min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解14～17h，再加入0.5～0.6mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化11～12h，溶剂交换1.5～2d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与硅烷偶联剂摩尔比为1:(3～7)的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。在一种最优选实施方式中，本发明所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:5:8的比例混合，向前驱体溶液加入0.15mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5，搅拌30min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解15.5h，再加入0.55mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化11.5h，溶剂交换1.6d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与硅烷偶联剂摩尔比为1:5的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。本发明所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与硅烷偶联剂的质量比为1:(1～6)。在一种优选实施方式中，本发明所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与硅烷偶联剂的质量比为1:(2～4)。在一种最优选实施方式中，本发明所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与硅烷偶联剂的质量比为1:3。本申请的发明人发现，通过1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料后有效地改善了复合材料的韧性和缩水性，其原因可能是由于1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷经水解后形成的羟基能与气凝胶表面的极性基团形成共价键并嫁接疏水基团，有效地防止了其孔结构的坍塌，增加了力学性能；不仅如此，特定尺寸的粘胶纤维与二氧化硅气凝胶进行复合，其自身具有更优异的支撑气凝胶si-o-si结构和连接气凝胶纳米颗粒的作用；且1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的羧基还可以与粘胶纤维表面的极性基团发生化学反应，有效地加强了二氧化硅气凝胶在粘胶纤维表面的负载力度，还增强了二氧化硅气凝胶的韧性；由此，1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷与粘胶纤维的协同作用有效地改善了二氧化硅气凝胶的力学性能。此外，本申请的发明人还发现在粘胶纤维的切断长度为35～40mm，纤度为1.0～2.5旦的条件下，通过1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷改性复合材料，有效地改善了复合材料经多次水洗后缩水性的问题，其原因可能是由于1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷中的羧基与粘胶纤维大分子中的亲水性基团相聚合，提高了粘胶纤维截面结构的均一性，使得纤维皮层与芯层的结晶度和取向度较为平衡，进一步减少了粘胶纤维缩水的程度；同时，本发明选择长度为35～40mm，纤度为1.0～2.5旦的纤维可以使粘胶纤维与二氧化硅气凝胶复合时受到的内应力趋于平衡状态，从而从力学角度进一步缓解复合材料的缩水性；此外，本发明通过实验证明二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的质量比为1:(1～6)时性能最佳。本发明的第二个方面提供了轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料的制备方法，包括以下步骤：(1)先将表层的耐磨防护面料层与中间层的保温隔热层通过粘合剂粘贴在一起，再将中间层的保温隔热层与内层的贴身舒适面料层通过粘合剂粘结在一起，得到面料1；(2)将上述面料1通过超声波缝绽机的波头，使布面在花辊上产生波振，形成压点均匀的布面，即得。实施例实施例1实施例1提供了一种轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料，至少包括表层的耐磨防护面料层、中间层的保温隔热层以及内层的贴身舒适面料层，所述耐磨防护面料层的材质为锦纶，所述保温隔热层的材质为二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料，所述贴身舒适面料层的材质为腈纶。所述耐磨防护面料层与保温隔热层、保温隔热层与贴身舒适面料层之间通过粘合剂粘贴在一起。所述锦纶为锦纶66。所述粘胶纤维的切断长度为37.5mm，纤度为1.5旦。所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。在一种实施方式中，所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:5:8的比例混合，向前驱体溶液加入0.15mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5，搅拌30min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解15.5h，再加入0.55mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化11.5h，溶剂交换1.6d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与硅烷偶联剂摩尔比为1:5的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的质量比为1:3。所述轻便型二氧化硅气凝胶复合保温面料的制备方法，包括以下步骤：(1)先将表层的耐磨防护面料层与中间层的保温隔热层通过粘合剂粘贴在一起，再将中间层的保温隔热层与内层的贴身舒适面料层通过粘合剂粘结在一起，得到面料1；(2)将上述面料1通过超声波缝绽机的波头，使布面在花辊上产生波振，形成压点均匀的布面，即得。实施例2：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的质量比为1:0.5。实施例3：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的质量比为1:8。实施例4：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为无改性的二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。实施例5：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为乙烯基三氯硅烷改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。在一种实施方式中，所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:5:8的比例混合，向前驱体溶液加入0.15mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5，搅拌30min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解15.5h，再加入0.55mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化11.5h，溶剂交换1.6d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与乙烯基三氯硅烷摩尔比为1:5的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。实施例6：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料为乙烯基三苯基硅烷改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料。在一种实施方式中，所述改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的制备方法包括以下步骤：(1)将正硅酸乙酯、水、乙醇以摩尔比为1:5:8的比例混合，向前驱体溶液加入0.15mol/l草酸溶液，将该溶液ph调整至3～4.5，搅拌30min后，将混合溶液取出置于水浴锅中恒温水解15.5h，再加入0.55mol/l的氨水溶液，调节ph值至7～8，搅拌后静置，得到硅溶胶；(2)用模具将粘胶纤维定型，得到纤维预制件，再抽真空浸渍硅溶胶，封口保存，得到凝胶1，将凝胶1置于乙醇溶液中老化11.5h，溶剂交换1.6d，得到凝胶2；(3)采用正己烷与乙烯基三苯基硅烷摩尔比为1:5的溶液对凝胶2进行表面处理，用正己烷洗去残留的改性液，常压干燥，即得。实施例7：与实施例1的区别在于，所述粘胶纤维的切断长度为42mm，纤度为0.8旦。实施例8：与实施例1的区别在于，所述粘胶纤维的切断长度为38mm，纤度为2.8旦。实施例9：与实施例1的区别在于，所述二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料与1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷的质量比为1:0.5；所述粘胶纤维的切断长度为42mm，纤度为2.8旦。性能评价1.断裂伸长率测试根据《gb/t24218.18-2014》测试实施例1至实施例9所制备的二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料的断裂伸长率。2.缩水率测试：根据《gb/t8628》对实施例1至实施例9所制备的二氧化硅气凝胶/粘胶纤维复合材料进行缩水率测试。测试结果如下表1所示。表1性能表征测试断裂伸长率/％缩水率/％实施例112.54实施例2105实施例310.15.5实施例487实施例58.26.8实施例68.36.5实施例7114.5实施例810.54.8实施例997.9由表1可以看出，本发明制备的二氧化硅气凝胶复合面料具有非常好的断裂伸长率和较弱的缩水性。从对比实施例可以看出，当保温面料同时具备：粘胶纤维的切断长度为35～40mm，纤度为1.0～2.5旦，且通过1,3-二(3-羧基丙基)四甲基二硅氧烷改性二氧化硅气凝胶/粘胶纤维缝合材料时，面料的性能最佳。前述的实例仅是说明性的，用于解释本发明所述方法的一些特征。所附的权利要求旨在要求可以设想的尽可能广的范围，且本文所呈现的实施例仅是根据所有可能的实施例的组合的选择的实施方式的说明。因此，申请人的用意是所附的权利要求不被说明本发明的特征的示例的选择限制。在权利要求中所用的一些数值范围也包括了在其之内的子范围，这些范围中的变化也应在可能的情况下解释为被所附的权利要求覆盖。当前第1页12